KR101745554B1

KR101745554B1 - 양방향 무선 전력전송 장치 및 제어방법

Info

Publication number: KR101745554B1
Application number: KR1020150156708A
Authority: KR
Inventors: 오광교; 이성호; 김명복; 곽봉우
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2015-11-09
Filing date: 2015-11-09
Publication date: 2017-06-12
Also published as: KR20170054034A

Abstract

본 발명의 일실시 예는 양방향의 무선 전력 전송이 가능하게 설계되어, 배터리의 충전뿐만 아니라 배터리의 에너지를 외부 전력계통에 공급할 수 있는 양방향 무선 전력전송 장치 및 이에 대한 제어방법을 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 양방향 무선 전력전송 장치는 양방향으로 전력을 전달하는 제1브릿지회로부를 구비하고 외부전력계통으로부터 전력을 공급받거나 외부전력계통으로 전력을 공급하는 제1급수전모듈, 및 양방향으로 전력을 전달하는 제2브릿지회로부를 구비하고 배터리로 전력을 공급하거나 배터리로부터 전력을 공급받는 제2급수전모듈을 포함한다.

Description

양방향 무선 전력전송 장치 및 제어방법{A bidirectional wireless power transmission apparatus and a method for controlling the same}

본 발명은 양방향 무선 전력전송 장치 및 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양방향의 무선 전력 전송이 가능하게 설계되어, 배터리의 충전뿐만 아니라 배터리의 에너지를 외부 전력계통에 공급할 수 있는 양방향 무선 전력전송 장치 및 이에 대한 제어방법에 관한 것이다.

전기차 보급 확대가 예상됨에 따라, 전기차의 배터리에 저장된 전기에너지를 적절히 활용하여 외부 전력계통의 첨두부하 저감, 예비전력 확보, 전압보상 서비스 등에 이용하는 것이 가능할 것으로 예상된다. 그리고 이는, 각 가정에 전기차 충전 시스템이 보급되거나, 대단위의 전기차 충전 시스템이 구축될 경우, 더욱 촉진될 것이라고 판단된다.

이러한 전기차 배터리와 외부 전력계통의 연계를 위해서는 외부 전력계통으로부터 전기차의 배터리를 충전하기 위한 회로와 필요 시에 배터리의 전기에너지를 외부 전력계통 측으로 출력하기 위한 회로가 필요하다.

기존의 전기차 배터리의 경우, 플러그인 방식의 유선 충전기가 주류를 이루고 있으나, 이 방식의 경우, 사용이 불편하고 안정성 측면에서 문제를 내포하고 있다. 이러한 문제점을 대체하기 위해서 무선 전력전송을 이용하여 차량의 배터리를 충전하는 방식이 제안된 바 있다.

대한민국 공개특허 제10-2014-0077591호(발명의 명칭: 무선 전력 전송 장치, 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 전송 시스템 및 무선 전력 전송 방법, 이하 종래기술1이라 한다.)에서는, 소스 코일 및 상기 소스 코일과 인덕티브 커플링된 공진 코일을 포함하되, 제1 시점에서 상기 소스 코일은 외부에 전자기 유도 방식으로 전력을 전송하고, 상기 제1 시점과 다른 제2 시점에서 상기 소스 코일은 상기 공진 코일에 전자기 유도 방식으로 전력을 전송하고, 상기 공진 코일은 외부에 자기 공명 방식으로 전송 받은 전력을 전송하는 무선 전력 전송 장치가 개시되어 있다.

상기 종래기술1은, 단일 방향으로만 무선 전력전송이 가능하게 설계되어, 배터리의 충전 만이 가능하고 배터리의 에너지를 외부 전력계통에 공급하는 것은 가능하지 않다는 제1문제점을 갖는다.

그리고, 상기 종래기술1은, 외부 전력계통의 변화에 따른 전기에너지 공급 상태와 관계 없이 배터리 충전 기능만을 수행하므로, 외부 전력계통의 첨두부하 저감, 예비전력 확보, 전압보상 서비스 등에 이용할 수 없다는 제2문제점을 갖는다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시 예는, 양방향으로 전력을 전달하는 제1브릿지회로부를 구비하고, 외부전력계통으로부터 전력을 공급받거나 상기 외부전력계통으로 전력을 공급하는 제1급수전모듈; 및 양방향으로 전력을 전달하는 제2브릿지회로부를 구비하고, 배터리로 전력을 공급하거나 상기 배터리로부터 전력을 공급받는 제2급수전모듈을 포함하여 이루어지고, 상기 제1급수전모듈로부터 상기 제2급수전모듈로 무선으로 전력이 전송되거나, 상기 제2급수전모듈로부터 상기 제1급수전모듈로 무선으로 전력이 전송되는 것을 특징으로 하는 양방향 무선 전력전송 장치를 제공한다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제1브릿지회로부는, 상기 제1급수전모듈로부터 상기 제2급수전모듈로 무선으로 전력 전송 시 인버터의 기능을 수행하고, 상기 제2급수전모듈로부터 상기 제1급수전모듈로 무선으로 전력 전송 시 정류기의 기능을 수행할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제2브릿지회로부는, 상기 제2급수전모듈로부터 상기 제1급수전모듈로 무선으로 전력 전송 시 인버터의 기능을 수행하고, 상기 제1급수전모듈로부터 상기 제2급수전모듈로 무선으로 전력 전송 시 정류기의 기능을 수행할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제1급수전모듈은, 상기 외부전력계통과 상기 제1브릿지회로부 사이에 연결되고 양방향으로 전력을 전달하는 제1컨버터부, 및 상기 제1브릿지회로부에 연결되고 무선으로 전력을 송신 또는 수신하는 제1급수전패드를 더 구비할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제1급수전패드는, 하나 이상의 코일 및 하나 이상의 캐패시터를 구비할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제2급수전모듈은, 상기 배터리와 상기 제2브릿지회로부 사이에 연결되고 양방향으로 전력을 전달하는 제2컨버터부, 및 상기 제2브릿지회로부에 연결되고 무선으로 전력을 송신 또는 수신하는 제2급수전패드를 더 구비할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제2급수전패드는, 하나 이상의 코일 및 하나 이상의 캐패시터를 구비할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제1급수전모듈과 상기 제2급수전모듈 간 무선 전력전송 방향을 제어하는 제어부를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시 예는, (ⅰ) 상기 배터리의 잔여용량이 배터리잔여기준값 이상인지 여부를 판정하는 단계; (ⅱ) 상기 (ⅰ)단계에서 상기 배터리의 잔여용량이 상기 배터리잔여기준값 미만인 경우, 상기 제1급수전모듈로부터 상기 제2급수전모듈로 무선으로 전력을 전송하여 상기 배터리의 잔여용량이 상기 배터리잔여기준값으로 되도록 상기 배터리를 충전하는 단계; (ⅲ) 상기 (ⅰ)단계에서 상기 배터리의 잔여용량이 상기 배터리잔여기준값 이상인 경우, 전기요금이 전기요금기준값 초과인지 여부를 판정하는 단계; (ⅳ) 상기 (ⅲ)단계에서 상기 전기요금이 상기 전기요금기준값 이하인 경우, 상기 배터리의 충방전을 대기하는 단계; 및 (ⅴ) 상기 (ⅲ)단계에서 상기 전기요금이 상기 전기요금기준값 초과인 경우, 상기 제2급수전모듈로부터 상기 제1급수전모듈로 무선으로 전력이 전송하여 상기 배터리의 잔여용량이 상기 배터리잔여기준값으로 되도록 상기 배터리를 방전하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 양방향 무선 전력전송 장치를 이용하고 전기요금을 고려한 제어방법을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 전기요금기준값은, 외부로부터 제어부로 유선 또는 무선으로 입력될 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시 예는, (ⅰ) 상기 외부전력계통의 예비전력량이 예비전력기준값 이상인지 여부를 판정하는 단계; (ⅱ) 상기 (ⅰ)단계에서 상기 외부전력계통의 예비전력량이 상기 예비전력기준값 이상인 경우, 전기요금 및 상기 외부전력계통의 첨두부하율을 고려하여 상기 배터리의 충방전을 제어하는 단계; (ⅲ) 상기 (ⅰ)단계에서 상기 외부전력계통의 예비전력량이 상기 예비전력기준값 미만인 경우, 상기 배터리의 충전량이 배터리충전기준값 이상인지 여부를 판정하는 단계; (ⅵ) 상기 (ⅲ)단계에서 상기 배터리의 충전량이 상기 배터리충전기준값 미만인 경우, 상기 배터리의 충방전을 대기하는 단계; 및 (ⅴ) 상기 (ⅲ)단계에서 상기 배터리의 충전량이 상기 배터리충전기준값 이상인 경우, 상기 제2급수전모듈로부터 상기 제1급수전모듈로 무선으로 전력을 전송하여 상기 배터리의 충전량이 상기 배터리충전기준값으로 되도록 상기 배터리를 방전하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 양방향 무선 전력전송 장치를 이용하고 외부전력계통의 예비전력량을 고려한 제어방법을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 예비전력기준값은, 외부로부터 제어부로 유선 또는 무선으로 입력될 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시 예는, (ⅰ) 상기 외부전력계통의 첨두부하율이 첨두부하율양수값 미만이며 첨두부하율음수값 초과인지 여부를 판정하는 단계; (ⅱ) 상기 (ⅰ)단계에서 상기 외부전력계통의 첨두부하율이 상기 첨두부하율양수값 미만이며 상기 첨두부하율음수값 초과인 경우, 전기요금 및 상기 외부전력계통의 예비전력량을 고려하여 상기 배터리의 충방전을 제어하는 단계; (ⅲ) 상기 (ⅰ)단계에서 상기 외부전력계통의 첨두부하율이 상기 첨두부하율양수값 이상인 경우, 상기 배터리의 충전량이 배터리충전기준값 이상인지 여부를 판정하는 단계; (ⅳ) 상기 (ⅲ)단계에서 상기 배터리의 충전량이 상기 배터리충전기준값 미만인 경우, 상기 배터리의 충방전을 대기하는 단계; (ⅴ) 상기 (ⅲ)단계에서 상기 배터리의 충전량이 상기 배터리충전기준값 이상인 경우, 상기 제2급수전모듈로부터 상기 제1급수전모듈로 무선으로 전력을 전송하여 상기 배터리의 충전량이 상기 배터리충전기준값이 되도록 상기 배터리를 방전하는 단계; 및 (ⅵ) 상기 (ⅰ)단계에서 상기 외부전력계통의 첨두부하율이 상기 첨두부하율음수값 이하인 경우, 상기 제1급수전모듈로부터 상기 제2급수전모듈로 무선으로 전력을 전송하여 상기 배터리의 충전량이 상기 배터리충전기준값으로 되도록 상기 배터리를 충전하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 양방향 무선 전력전송 장치를 이용하고 외부전력계통의 첨두부하율을 고려한 제어방법을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 첨두부하율은 하기의 [수학식1]에 의해 결정될 수 있다.

[수학식1]

{(현재첨두부하값-평균첨두부하값)/평균첨두부하값}*100

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 현재첨두부하값 및 상기 평균첨두부하값은, 외부로부터 제어부로 유선 또는 무선으로 입력될 수 있다.

본 발명은, 양방향으로 무선 전력 전송이 가능하게 설계되어, 배터리의 충전뿐만 아니라, 배터리의 에너지를 외부 전력계통에 공급하는 것도 가능하다는 제1효과를 갖는다.

그리고, 본 발명은, 외부 전력계통의 변화에 대한 정보를 입력 받아, 전기에너지 공급 상태의 변화에 따라 배터리의 충전 및 방전이 가능하므로, 외부 전력계통의 첨두부하 저감, 예비전력 확보, 전압보상 서비스 등에 이용할 수 있다는 제2효과를 갖는다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력전송 장치의 구성도이다.
도2는 본 발명의 실시 예에 따른 제1컨버터부의 실시예시도이다.
도3은 본 발명의 실시 예에 따른 제1브릿지회로부 및 제2브릿지회로부의 실시예시도이다.
도4는 본 발명의 실시 예에 따른 제2컨버터부의 실시예시도이다.
도5는 본 발명의 실시 예에 따른 제1급수전패드 및 제2급수전패드의 실시예시도이다.
도6은 본 발명의 실시 예에 따른 양방향 무선 전력전송 장치를 이용하고 전기요금을 고려한 제어방법의 순서도이다.
도7은 본 발명의 실시 예에 따른 양방향 무선 전력전송 장치를 이용하고 외부전력계통의 예비전력량을 고려한 제어방법의 순서도이다.
도8은 본 발명의 실시 예에 따른 양방향 무선 전력전송 장치를 이용하고 외부전력계통의 첨두부하율을 고려한 제어방법의 순서도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

도1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력전송 장치의 구성도이고, 도2는 본 발명의 실시 예에 따른 제1컨버터부의 실시예시도이며, 도3은 본 발명의 실시 예에 따른 제1브릿지회로부 및 제2브릿지회로부의 실시예시도이다. 그리고, 도4는 본 발명의 실시 예에 따른 제2컨버터부의 실시예시도이며, 도5는 본 발명의 실시 예에 따른 제1급수전패드 및 제2급수전패드의 실시예시도이다.

도1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 양방향 무선 전력전송 장치는, 양방향으로 전력을 전달하는 제1브릿지회로부(110)를 구비하고 외부전력계통(140)으로부터 전력을 공급받거나 외부전력계통(140)으로 전력을 공급하는 제1급수전모듈(100), 및 양방향으로 전력을 전달하는 제2브릿지회로부(210)를 구비하고 배터리(240)로 전력을 공급하거나 배터리(240)로부터 전력을 공급받는 제2급수전모듈(200)을 포함하여 이루어지고, 제1급수전모듈(100)로부터 제2급수전모듈(200)로 무선으로 전력이 전송되거나, 제2급수전모듈(200)로부터 제1급수전모듈(100)로 무선으로 전력이 전송될 수 있다. 그리고, 제1급수전모듈(100)과 제2급수전모듈(200) 간 무선 전력전송 방향을 제어하는 제어부(300)를 더 포함하고, 제어부(300)는, 제1브릿지회로부(110), 제2브릿지회로부(210) 또는 제2컨버터부(220)를 제어하여, 제2컨버터부(220)로부터 배터리(240)로 소정의 전압을 갖는 전력이 공급되거나 제1컨버터부(120)로부터 외부전력계통(140)으로 소정의 전압을 갖는 전력이 공급되도록 할 수 있다. 또한, 배터리(240)에 대한 정보인 배터리잔여기준값, 외부에서 획득되는 전기요금에 대한 정보인 전기요금기준값, 외부에서 획득되는 외부전력계통의 예비전력량에 대한 정보인 예비전력기준값, 또는 외부에서 획득되며 외부전력계통에 포함되거나 연결된 전체 부하에 대한 첨두부하율의 연산에 필요한 현재첨두부하값 및 평균첨두부하값이 외부로부터 제어부(300)로 유선 또는 무선으로 소정의 시간 간격을 두고 입력되며 각각의 값을 기준으로 제어가 수행될 수 있다.

본 발명은, 제1급수전모듈(100)로부터 제2급수전모듈(200)로 또는 제2급수전모듈(200)로부터 제1급수전모듈(100)로 양방향의 무선 전력 전송이 가능하게 설계되어, 배터리(240)의 충전뿐만 아니라 배터리(240)의 에너지를 외부 전력계통에 공급하는 것을 목적으로 할 수 있다.

제1브릿지회로부(110)는, 제1급수전모듈(100)로부터 제2급수전모듈(200)로 무선으로 전력 전송 시 인버터의 기능을 수행하고, 제2급수전모듈(200)로부터 제1급수전모듈(100)로 무선으로 전력 전송 시 정류기의 기능을 수행할 수 있다.

제2브릿지회로부(210)는, 제2급수전모듈(200)로부터 제1급수전모듈(100)로 무선으로 전력 전송 시 인버터의 기능을 수행하고, 제1급수전모듈(100)로부터 제2급수전모듈(200)로 무선으로 전력 전송 시 정류기의 기능을 수행할 수 있다.

무선 전력전송 장치는, 인버터를 이용하여 직류전원을 공진전류로 변환하고, 공진전류가 급전패드 측 코일에 공급되면, 급전패드 측 코일과 근접해 있는 수전패드 측 코일 간 상호 유도자기장이 발생하여, 수전패드 측 코일에 공진전류가 발생할 수 있다. 수전패드 측 공진전류는 정류기에서 직류전류로 변화되어 배터리(240)를 충전하게 될 수 있다.

따라서, 급전 및 수전을 모두 수행 가능한 제1급수전모듈(100)과 제2급수전모듈(200)은, 인버터의 기능을 갖는 구성요소와 정류기의 기능을 갖는 구성요소 모두 필요할 수 있다.

이에 따라, 제1급수전모듈(100)에는 제1브릿지회로부(110)가 구비되어 인버터의 기능과 정류기의 기능을 수행하고, 제2급수전모듈(200)에는 제2브릿지회로부(210)가 구비되어 인버터의 기능과 정류기의 기능을 수행할 수 있다.

도3에서 보는 바와 같이, 제1브릿지회로부(110)는 도3의 (a) 또는 도3의 (b)의 구성으로 설계될 수 있고, 제2브릿지회로부(210)도 도3의 (a) 또는 도3의 (b)의 구성으로 설계될 수 있다.

도3의 (a) 및 도3의 (b)의 좌측에 제1컨버터부(120)가 연결되고, 도3의 (a) 및 도3의 (b)의 우측에 제1급수전패드(130)가 연결될 수 있다.

제1급수전모듈(100)은, 외부전력계통(140)과 제1브릿지회로부(110) 사이에 연결되고 양방향으로 전력을 전달하는 제1컨버터부(120), 및 제1브릿지회로부(110)에 연결되고 무선으로 전력을 송신 또는 수신하는 제1급수전패드(130)를 더 구비할 수 있다.

도2에서 보는 바와 같이, 제1컨버터부(120)는 도2의 (a) 또는 도2의 (b)의 구성으로 설계될 수 있다.

도2의 (a) 및 도2의 (b)의 좌측에 외부전력계통(140)이 연결되고, 도2의 (a) 및 도2의 (b)의 우측에 제1브릿지회로부(110)가 연결될 수 있다.

제1급수전모듈(100)로부터 제2급수전모듈(200)로 무선으로 전력 전송되어 배터리(240)가 충전되는 경우, 제1컨버터부(120)는, 외부전력계통(140)으로부터 공급되는 교류전류의 역률을 유지하면서, 상기의 교류전류를 제1컨버터부(120)에서 변환시켜 생성된 직류전류가 일정한 값을 유지하도록 할 수 있다.

제2급수전모듈(200)로부터 제1급수전모듈(100)로 무선으로 전력 전송되어 배터리(240)가 방전되고 외부전력계통(140)으로 전력이 공급되는 경우, 제1컨버터부(120)는, 정류기의 기능을 수행하는 제1브릿지회로부(110)로부터 제1컨버터부(120)로 전달되는 직류전류가 일정한 값을 유지하도록 하면서, 상기의 직류전류를 제1컨버터부(120)에서 변환시켜 생성된 교류전류가 고역률을 가지면서 외부전력계통(140)에 공급되도록 할 수 있다.

제2급수전모듈(200)은, 배터리(240)와 제2브릿지회로부(210) 사이에 연결되고 양방향으로 전력을 전달하는 제2컨버터부(220), 및 제2브릿지회로부(210)에 연결되고 무선으로 전력을 송신 또는 수신하는 제2급수전패드(230)를 더 구비할 수 있다.

도4에서 보는 바와 같이, 제2컨버터부(220)는 도4의 (a) 또는 도4의 (b)의 구성으로 설계될 수 있다.

도4의 (a) 및 도4의 (b)의 좌측에 제2브릿지회로부(210)가 연결되고, 도4의 (a) 및 도4의 (b)의 우측에 배터리(240)가 연결될 수 있다.

제1급수전모듈(100)로부터 제2급수전모듈(200)로 무선으로 전력 전송되어 배터리(240)가 충전되는 경우, 제2컨버터부(220)는, 제2브릿지회로부(210)로부터 전달되는 직류전류를 배터리(240)에 적합한 전압으로 변환시켜 배터리(240)에 공급할 수 있다.

제2급수전모듈(200)로부터 제1급수전모듈(100)로 무선으로 전력 전송되어 배터리(240)가 방전되고 외부전력계통(140)으로 전력이 공급되는 경우, 제2컨버터부(220)는, 배터리(240)로부터 전달되는 직류전류를 소정의 전압으로 변환시켜 제2브릿지회로부(210)로 전달할 수 있다.

제1급수전패드(130)는, 하나 이상의 코일 및 하나 이상의 캐패시터를 구비할 수 있다. 또한, 제2급수전패드(230)는, 하나 이상의 코일 및 하나 이상의 캐패시터를 구비할 수 있다.

도5에서 보는 바와 같이, 제1급수전패드(130)는, 제1코일(131) 및 제1캐패시터(132)를 구비할 수 있고, 제2급수전패드(230)는, 제2코일(231) 및 제2캐패시터(232)를 구비할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서는, 제1급수전패드(130)와 제2급수전패드(230)에 각각 하나의 코일 및 하나의 캐피시터가 구비된 것으로 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 복수 개의 코일 또는 복수 개의 캐패시터를 각각의 급수전패드가 구비할 수 있다.

본 발명의 양방향 무선 전력전송 장치는, 제1급수전모듈(100)과 제2급수전모듈(200) 간 무선 전력전송 방향을 제어하는 제어부(300)를 더 포함할 수 있다.

제1급수전모듈(100)로부터 제2급수전모듈(200)로 무선으로 전력 전송되어 배터리(240)가 충전되는 경우, 제어부(300)는 제1브릿지회로부(110), 제1컨버터부(120), 제2브릿지회로부(210) 또는 제2컨버터부(220)를 제어하여, 제2컨버터부(220)로부터 배터리(240)로 소정의 전압을 갖는 전력이 공급되도록 할 수 있다.

제2급수전모듈(200)로부터 제1급수전모듈(100)로 무선으로 전력 전송되어 배터리(240)가 방전되고 외부전력계통(140)으로 전력이 공급되는 경우, 제어부(300)는 제1브릿지회로부(110), 제1컨버터부(120), 제2브릿지회로부(210) 또는 제2컨버터부(220)를 제어하여, 제1컨버터부(120)로부터 외부전력계통(140)으로 소정의 전압을 갖는 전력이 공급되도록 할 수 있다.

이 때, 제어부(300)는 각 회로의 전력용 스위칭 소자를 적절히 제어함으로써 전력전송 방향을 제어할 수 있다.

이하, 본 발명의 무선 전력전송 장치를 이용하고 전기요금을 고려한 제어방법에 대해 설명하기로 한다.

첫째, 배터리(240)의 잔여용량이 배터리잔여기준값 이상인지 여부를 판정할 수 있다.

둘째, 첫째 단계에서 배터리(240)의 잔여용량이 배터리잔여기준값 미만인 경우, 제1급수전모듈(100)로부터 제2급수전모듈(200)로 무선으로 전력을 전송하여 배터리(240)의 잔여용량이 배터리잔여기준값으로 되도록 배터리(240)를 충전할 수 있다.

셋째, 첫째 단계에서 배터리(240)의 잔여용량이 배터리잔여기준값 이상인 경우, 전기요금이 전기요금기준값 초과인지 여부를 판정할 수 있다.

넷째, 셋째 단계에서 전기요금이 전기요금기준값 이하인 경우, 배터리(240)의 충방전을 대기할 수 있다.

다섯째, 셋째 단계에서 전기요금이 전기요금기준값 초과인 경우, 제2급수전모듈(200)로부터 제1급수전모듈(100)로 무선으로 전력이 전송되어 배터리(240)의 잔여용량이 배터리잔여기준값으로 되도록 배터리(240)를 방전할 수 있다.

도6은 본 발명의 실시 예에 따른 양방향 무선 전력전송 장치를 이용하고 전기요금을 고려한 제어방법의 순서도이다.

도6에서 보는 바와 같이, 먼저, 판정 410에서 배터리(240)의 잔여용량이 배터리잔여기준값 이상인지 여부를 판정할 수 있다.

판정 410에서 배터리(240)의 잔여용량이 배터리잔여기준값 미만인 경우, 블록 440으로 진행하여, 배터리(240)의 잔여용량이 배터리잔여기준값으로 되도록 배터리(240)를 충전할 수 있다. 이 때, 제1급수전모듈(100)로부터 제2급수전모듈(200)로 무선으로 전력이 전송된다.

판정 410에서 배터리(240)의 잔여용량이 배터리잔여기준값 이상인 경우, 판정 420으로 이동하여, 전기요금이 전기요금기준값 초과인지 여부를 판정할 수 있다. 여기서, 전기요금이 전기요금기준값 이하인 경우, 배터리(240)의 충방전이 대기될 수 있다.

판정 420에서 전기요금이 전기요금기준값 초과인 경우, 블록 430으로 진행하여, 배터리(240)의 잔여용량이 배터리잔여기준값으로 되도록 배터리(240)를 방전할 수 있다. 이 때, 배터리(240)로부터 외부전력계통(140)으로 전기에너지가 공급되도록, 제2급수전모듈(200)로부터 제1급수전모듈(100)로 무선으로 전력이 전송될 수 있다.

전기요금기준값은, 외부로부터 제어부(300)로 유선 또는 무선으로 입력될 수 있다.

외부에서 획득되는 전기요금에 대한 정보인 전기요금기준값은 소정의 시간 간격을 두고 제어부(300)로 입력되고, 이를 기준으로 양방향 무선 전력전송 장치를 이용하고 전기요금을 고려한 제어방법이 수행될 수 있다.

이하, 본 발명의 무선 전력전송 장치를 이용하고 외부전력계통의 예비전력량을 고려한 제어방법에 대해 설명하기로 한다.

첫째, 외부전력계통(140)의 예비전력량이 예비전력기준값 이상인지 여부를 판정할 수 있다.

둘째, 첫째 단계에서 외부전력계통(140)의 예비전력량이 예비전력기준값 이상인 경우, 전기요금 및 외부전력계통(140)의 첨두부하율을 고려하여 배터리(240)의 충방전을 제어할 수 있다.

셋째, 첫째 단계에서 외부전력계통(140)의 예비전력량이 예비전력기준값 미만인 경우, 배터리(240)의 충전량이 배터리충전기준값 이상인지 여부를 판정할 수 있다.

넷째, 셋째 단계에서 배터리(240)의 충전량이 배터리충전기준값 미만인 경우, 배터리(240)의 충방전을 대기할 수 있다.

다섯째, 셋째 단계에서 배터리(240)의 충전량이 배터리충전기준값 이상인 경우, 제2급수전모듈(200)로부터 제1급수전모듈(100)로 무선으로 전력을 전송하여 배터리(240)의 충전량이 배터리충전기준값으로 되도록 배터리(240)를 방전할 수 있다.

도7은 본 발명의 실시 예에 따른 양방향 무선 전력전송 장치를 이용하고 외부전력계통의 예비전력량을 고려한 제어방법의 순서도이다.

도7에서 보는 바와 같이, 먼저, 판정 510에서 외부전력계통(140)의 예비전력량이 예비전력기준값 이상인지 여부를 판정할 수 있다.

판정 510에서 외부전력계통(140)의 예비전력량이 예비전력기준값 이상인 경우, 블록 520으로 진행하여, 전기요금 및 외부전력계통(140)의 첨두부하율을 고려하여 배터리(240)의 충방전을 제어할 수 있다. 여기서의 충방전 제어는, 상기의 본 발명 양방향 무선 전력전송 장치를 이용하고 전기요금을 고려한 제어방법 및 후단의 본 발명의 양방향 무선 전력전송 장치를 이용하고 외부전력계통(140)의 첨두부하율을 고려한 제어방법에 의해 수행될 수 있다.

판정 510에서 외부전력계통(140)의 예비전력량이 예비전력기준값 미만인 경우, 판정 530으로 이동하여, 배터리(240)의 충전량이 배터리충전기준값 이상인지 여부를 판정할 수 있다. 이 때, 배터리(240)의 충전량이 배터리충전기준값 미만인 경우, 배터리(240)의 충방전을 대기할 수 있다.

판정 530에서 배터리(240)의 충전량이 배터리충전기준값 이상인 경우, 블록 540으로 진행하여, 배터리(240)의 충전량이 배터리충전기준값으로 되도록 배터리(240)를 방전할 수 있다. 이 때, 배터리(240)로부터 외부전력계통(140)으로 전기에너지가 공급되도록, 제2급수전모듈(200)로부터 제1급수전모듈(100)로 무선으로 전력이 전송될 수 있다.

예비전력기준값은, 외부로부터 제어부(300)로 유선 또는 무선으로 입력될 수 있다.

외부에서 획득되는 외부전력계통(140)의 예비전력량에 대한 정보인 예비전력기준값은 소정의 시간 간격을 두고 제어부(300)로 입력되고, 이를 기준으로 양방향 무선 전력전송 장치를 이용하고 외부전력계통의 예비전력량을 고려한 제어방법이 수행될 수 있다.

이하, 양방향 무선 전력전송 장치를 이용하고 외부전력계통의 첨두부하율을 고려한 제어방법에 대해 설명하기로 한다.

첫째, 외부전력계통(140)의 첨두부하율이 첨두부하율양수값 미만이며 첨두부하율음수값 초과인지 여부를 판정할 수 있다.

둘째, 첫째 단계에서 외부전력계통(140)의 첨두부하율이 첨두부하율양수값 미만이며 첨두부하율음수값 초과인 경우, 전기요금 및 외부전력계통(140)의 예비전력량을 고려하여 배터리(240)의 충방전을 제어할 수 있다.

셋째, 첫째 단계에서 외부전력계통(140)의 첨두부하율이 첨두부하율양수값 이상인 경우, 배터리(240)의 충전량이 배터리충전기준값 이상인지 여부를 판정할 수 있다.

다섯째, 셋째 단계에서 배터리(240)의 충전량이 배터리충전기준값 이상인 경우, 제2급수전모듈(200)로부터 제1급수전모듈(100)로 무선으로 전력을 전송하여 배터리(240)의 충전량이 배터리충전기준값이 되도록 배터리(240)를 방전할 수 있다.

여섯째, 첫째 단계에서 외부전력계통(140)의 첨두부하율이 첨두부하율음수값 이하인 경우, 제1급수전모듈(100)로부터 제2급수전모듈(200)로 무선으로 전력을 전송하여 배터리(240)의 충전량이 배터리충전기준값으로 되도록 배터리(240)를 충전할 수 있다.

첨두부하율은 하기의 [수학식1]에 의해 결정될 수 있다.

[수학식1]

{(현재첨두부하값-평균첨두부하값)/평균첨두부하값}*100

첨두부하(peak load)란, 하루의 전력 사용 상황으로 보아 여러 가지 부하가 겹쳐져서 종합수요가 커지는 시각의 부하를 의미할 수 있다.

첨두부하율양수값 및 첨두부하율음수값은, 상기의 [수학식1]에 의해 결정되며, 소정의 값으로 사전에 설정되어 제어부(300)에 입력되어 있을 수 있다.

도8은 본 발명의 실시 예에 따른 양방향 무선 전력전송 장치를 이용하고 외부전력계통의 첨두부하율을 고려한 제어방법의 순서도이다.

도8에서 보는 바와 같이, 먼저, 판정 610에서 외부전력계통(140)의 첨두부하율이 첨두부하율양수값 미만이며 첨두부하율음수값 초과인지 여부를 판정할 수 있다.

판정 610에서 외부전력계통(140)의 첨두부하율이 첨두부하율양수값 미만이며 첨두부하율음수값 초과인 경우, 블록 640으로 진행하여, 전기요금 및 외부전력계통(140)의 예비전력량을 고려하여 배터리(240)의 충방전을 제어할 수 있다. 여기서의 충방전 제어는, 상기의 본 발명 양방향 무선 전력전송 장치를 이용하고 전기요금을 고려한 제어방법 및 상기의 본 발명의 양방향 무선 전력전송 장치를 이용하고 외부전력계통(140)의 예비전력량을 고려한 제어방법에 의해 수행될 수 있다.

판정 610에서 외부전력계통(140)의 첨두부하율이 첨두부하율양수값 이상인 경우, 판정 620으로 이동하여, 배터리(240)의 충전량이 배터리충전기준값 이상인지 여부를 판정할 수 있다. 이 때, 배터리(240)의 충전량이 배터리충전기준값 미만인 경우, 배터리(240)의 충방전을 대기할 수 있다.

판정 620에서 배터리(240)의 충전량이 배터리충전기준값 이상인 경우, 블록 630으로 진행하여, 배터리(240)의 충전량이 배터리충전기준값이 되도록 배터리(240)를 방전할 수 있다.

판정 610에서 외부전력계통(140)의 첨두부하율이 첨두부하율음수값 이하인 경우, 블록 650으로 진행하여, 배터리(240)의 충전량이 배터리충전기준값으로 되도록 배터리(240)를 충전할 수 있다. 이 때, 제1급수전모듈(100)로부터 제2급수전모듈(200)로 무선으로 전력을 전송할 수 있다.

현재첨두부하값 및 평균첨두부하값은, 외부로부터 제어부(300)로 유선 또는 무선으로 입력될 수 있다.

외부에서 획득되는 외부전력계통(140)의 첨두부하율에 대한 정보인 현재첨두부하값 및 평균첨두부하값은 소정의 시간 간격을 두고 제어부(300)로 입력되고, 이를 기준으로 양방향 무선 전력전송 장치를 이용하고 외부전력계통의 첨두부하율을 고려한 제어방법이 수행될 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 제1급수전모듈
110 : 제1브릿지회로부
120 : 제1컨버터부
130 : 제1급수전패드
131 : 제1코일
132 : 제1캐패시터
140 : 외부전력계통
200 : 제2급수전모듈
210 : 제2브릿지회로부
220 : 제2컨버터부
230 : 제2급수전패드
231 : 제2코일
232 : 제2캐패시터
240 : 배터리
300 : 제어부
410 : 판정 410
420 : 판정 420
430 : 블록 430
440 : 블록 440
510 : 판정 510
520 : 블록 520
530 : 판정 530
540 : 블록 540
610 : 판정 610
620 : 판정 620
630 : 블록 630
640 : 블록 640
650 : 블록 650

Claims

양방향 무선 전력전송 장치에 있어서,
양방향으로 전력을 전달하는 제1브릿지회로부, 외부전력계통과 상기 제1브릿지회로부 사이에 연결되고 양방향으로 전력을 전달하는 제1컨버터부, 및 상기 제1브릿지회로부에 연결되고 무선으로 전력을 송신 또는 수신하는 제1급수전패드를 구비하고, 상기 외부전력계통으로부터 전력을 공급받거나 상기 외부전력계통으로 전력을 공급하는 제1급수전모듈; 및
양방향으로 전력을 전달하는 제2브릿지회로부, 배터리와 상기 제2브릿지회로부 사이에 연결되고 양방향으로 전력을 전달하는 제2컨버터부, 및 상기 제2브릿지회로부에 연결되고 무선으로 전력을 송신 또는 수신하는 제2급수전패드를 구비하고, 상기 배터리로 전력을 공급하거나 상기 배터리로부터 전력을 공급받는 제2급수전모듈;
을 포함하고,
상기 제1급수전모듈로부터 상기 제2급수전모듈로 무선으로 전력이 전송되거나, 상기 제2급수전모듈로부터 상기 제1급수전모듈로 무선으로 전력이 전송되며,
상기 제1급수전모듈과 상기 제2급수전모듈 간 무선 전력전송 방향을 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제1브릿지회로부, 상기 제2브릿지회로부 또는 상기 제2컨버터부를 제어하여, 상기 제2컨버터부로부터 상기 배터리로 소정의 전압을 갖는 전력이 공급되거나 상기 제1컨버터부로부터 상기 외부전력계통으로 소정의 전압을 갖는 전력이 공급되도록 하고,
상기 배터리에 대한 정보인 배터리잔여기준값, 외부에서 획득되는 전기요금에 대한 정보인 전기요금기준값, 상기 외부에서 획득되는 상기 외부전력계통의 예비전력량에 대한 정보인 예비전력기준값, 또는 상기 외부에서 획득되며 상기 외부전력계통에 포함되거나 연결된 전체 부하에 대한 첨두부하율의 연산에 필요한 현재첨두부하값 및 평균첨두부하값이 상기 외부로부터 상기 제어부로 유선 또는 무선으로 소정의 시간 간격을 두고 입력되며 각각의 값을 기준으로 제어가 수행되는 것을 특징으로 하는 양방향 무선 전력전송 장치.
청구항1에 있어서,
상기 제1브릿지회로부는, 상기 제1급수전모듈로부터 상기 제2급수전모듈로 무선으로 전력 전송 시 인버터의 기능을 수행하고, 상기 제2급수전모듈로부터 상기 제1급수전모듈로 무선으로 전력 전송 시 정류기의 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 양방향 무선 전력전송 장치.
청구항1에 있어서,
상기 제2브릿지회로부는, 상기 제2급수전모듈로부터 상기 제1급수전모듈로 무선으로 전력 전송 시 인버터의 기능을 수행하고, 상기 제1급수전모듈로부터 상기 제2급수전모듈로 무선으로 전력 전송 시 정류기의 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 양방향 무선 전력전송 장치.
삭제
청구항1에 있어서,
상기 제1급수전패드는, 하나 이상의 코일 및 하나 이상의 캐패시터를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 무선 전력전송 장치.
삭제
청구항1에 있어서,
상기 제2급수전패드는, 하나 이상의 코일 및 하나 이상의 캐패시터를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 무선 전력전송 장치.
삭제
청구항1의 양방향 무선 전력전송 장치를 이용하고 전기요금을 고려한 제어방법에 있어서,
(ⅰ) 상기 배터리의 잔여용량이 상기 배터리잔여기준값 이상인지 여부를 판정하는 단계;
(ⅱ) 상기 (ⅰ)단계에서 상기 배터리의 잔여용량이 상기 배터리잔여기준값 미만인 경우, 상기 제1급수전모듈로부터 상기 제2급수전모듈로 무선으로 전력을 전송하여 상기 배터리의 잔여용량이 상기 배터리잔여기준값으로 되도록 상기 배터리를 충전하는 단계;
(ⅲ) 상기 (ⅰ)단계에서 상기 배터리의 잔여용량이 상기 배터리잔여기준값 이상인 경우, 전기요금이 전기요금기준값 초과인지 여부를 판정하는 단계;
(ⅳ) 상기 (ⅲ)단계에서 상기 전기요금이 상기 전기요금기준값 이하인 경우, 상기 배터리의 충방전을 대기하는 단계; 및
(ⅴ) 상기 (ⅲ)단계에서 상기 전기요금이 상기 전기요금기준값 초과인 경우, 상기 제2급수전모듈로부터 상기 제1급수전모듈로 무선으로 전력이 전송하여 상기 배터리의 잔여용량이 상기 배터리잔여기준값으로 되도록 상기 배터리를 방전하는 단계;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 양방향 무선 전력전송 장치를 이용하고 전기요금을 고려한 제어방법.
삭제
청구항1의 양방향 무선 전력전송 장치를 이용하고 외부전력계통의 예비전력량을 고려한 제어방법에 있어서,
(ⅰ) 상기 외부전력계통의 상기 예비전력량이 상기 예비전력기준값 이상인지 여부를 판정하는 단계;
(ⅱ) 상기 (ⅰ)단계에서 상기 예비전력량이 상기 예비전력기준값 이상인 경우, 상기 전기요금 및 상기 외부전력계통의 상기 첨두부하율을 고려하여 상기 배터리의 충방전을 제어하는 단계;
(ⅲ) 상기 (ⅰ)단계에서 상기 예비전력량이 상기 예비전력기준값 미만인 경우, 상기 배터리의 충전량이 배터리충전기준값 이상인지 여부를 판정하는 단계;
(ⅵ) 상기 (ⅲ)단계에서 상기 배터리의 충전량이 상기 배터리충전기준값 미만인 경우, 상기 배터리의 충방전을 대기하는 단계; 및
(ⅴ) 상기 (ⅲ)단계에서 상기 배터리의 충전량이 상기 배터리충전기준값 이상인 경우, 상기 제2급수전모듈로부터 상기 제1급수전모듈로 무선으로 전력을 전송하여 상기 배터리의 충전량이 상기 배터리충전기준값으로 되도록 상기 배터리를 방전하는 단계;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 양방향 무선 전력전송 장치를 이용하고 외부전력계통의 예비전력량을 고려한 제어방법.
삭제
청구항1의 양방향 무선 전력전송 장치를 이용하고 외부전력계통의 첨두부하율을 고려한 제어방법에 있어서,
(ⅰ) 상기 외부전력계통의 상기 첨두부하율이 첨두부하율양수값 미만이며 첨두부하율음수값 초과인지 여부를 판정하는 단계;
(ⅱ) 상기 (ⅰ)단계에서 상기 첨두부하율이 상기 첨두부하율양수값 미만이며 상기 첨두부하율음수값 초과인 경우, 상기 전기요금 및 상기 외부전력계통의 상기 예비전력량을 고려하여 상기 배터리의 충방전을 제어하는 단계;
(ⅲ) 상기 (ⅰ)단계에서 상기 첨두부하율이 상기 첨두부하율양수값 이상인 경우, 상기 배터리의 충전량이 배터리충전기준값 이상인지 여부를 판정하는 단계;
(ⅳ) 상기 (ⅲ)단계에서 상기 배터리의 충전량이 상기 배터리충전기준값 미만인 경우, 상기 배터리의 충방전을 대기하는 단계;
(ⅴ) 상기 (ⅲ)단계에서 상기 배터리의 충전량이 상기 배터리충전기준값 이상인 경우, 상기 제2급수전모듈로부터 상기 제1급수전모듈로 무선으로 전력을 전송하여 상기 배터리의 충전량이 상기 배터리충전기준값이 되도록 상기 배터리를 방전하는 단계; 및
(ⅵ) 상기 (ⅰ)단계에서 상기 첨두부하율이 상기 첨두부하율음수값 이하인 경우, 상기 제1급수전모듈로부터 상기 제2급수전모듈로 무선으로 전력을 전송하여 상기 배터리의 충전량이 상기 배터리충전기준값으로 되도록 상기 배터리를 충전하는 단계;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 양방향 무선 전력전송 장치를 이용하고 외부전력계통의 첨두부하율을 고려한 제어방법.
청구항13에 있어서,
상기 첨두부하율은 하기의 [수학식1]에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 양방향 무선 전력전송 장치를 이용하고 외부전력계통의 첨두부하율을 고려한 제어방법.
[수학식1]
{(현재첨두부하값-평균첨두부하값)/평균첨두부하값}*100
삭제